東海自來水公司第二水廠濾池自動化系統(tǒng)綜述

連云港市自來水有限責(zé)任公司 王修明

東海自來水公司第二水廠濾池自動化系統(tǒng)綜述

連云港市自來水有限責(zé)任公司 王修明

東海縣自來水公司第二水廠濾池始建于1996年，一期建有6個濾格。隨著城區(qū)用水量的擴大，原來已不能滿足城市用水的需要了，公司2010年底決定擴建。地址在原來老濾池的北面，緊靠原來濾池對稱再建設(shè)6個濾格。每個濾格有進水閥、排水閥、清水閥、反沖閥和2臺表沖閥，一共6臺閥門。原來自控系統(tǒng)基本癱瘓，無法使用，自控系統(tǒng)需重新設(shè)計及實施。我作為自控系統(tǒng)的設(shè)計者和實施者，有幸參與了此番新建以及改造項目。自控系統(tǒng)于2011年夏季用水高峰前完成并投入運行。經(jīng)過近3年的實際運行檢驗，本次項目自控系統(tǒng)獲得很好的效果。下面詳細介紹一下自控系統(tǒng)，供同行參考。

西門子；PLC；現(xiàn)場總線

1 現(xiàn)狀綜述

東海自來水公司第二水廠濾池系統(tǒng)由南濾池、北濾池以及反沖泵房組成。其中南濾池為老濾池改造,北濾池為新建濾池。南北濾池各由6個濾格組成,一共12個濾格。反沖泵房由反沖機泵和水塔組成,反沖機泵在二泵房內(nèi)。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

東海自來水公司第二水廠濾池自動化系統(tǒng)由一臺總控柜和13臺控制柜組成,外加2臺配電柜,2臺配電柜分別為南北濾池電控柜供電。每一個濾格由一臺控制柜控制。共12臺濾格控制柜。反沖泵房由反沖泵控制柜控制。每臺控制柜內(nèi)有一臺西門子S200 PLC。總控柜核心元件為西門子S300 PLC (CPU315-2DP)。所有PLC組成一個PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)(現(xiàn)場總線)。西門子S300 PLC作為主站,S200 PLC作為從站。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖1所示。

圖1 DP網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

濾池到反沖機泵控制柜距離大約為250米,反沖機泵控制柜在二泵房。二泵房在2010年經(jīng)過自動化改造為變頻控制,考慮到變頻器對通信的干擾,我們決定鋪從濾池鋪設(shè)一道光纜到反沖機泵控制柜,通過光纜實現(xiàn)把反沖機泵控制柜組建到濾池PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中。鋪設(shè)該光纜也為以后整個水廠通過光纜組建水廠級的網(wǎng)絡(luò)做好準備。

3 水位調(diào)節(jié)

CPU315-2DP(DP主站)通過現(xiàn)場總線(PROFIBUSDP)網(wǎng)絡(luò)讀取其它從站信號以及數(shù)據(jù)并做相應(yīng)處理后發(fā)出對應(yīng)指令。在平時濾池水位調(diào)節(jié)時,CPU315-2DP(DP主站)只是監(jiān)視各個從站的信號、數(shù)據(jù)并作出相應(yīng)的處理,并不對從站發(fā)出指令,濾池的水位調(diào)節(jié)由各個從站獨立完成,從站之間互不影響。各個濾格水位調(diào)節(jié)由各個濾格控制柜單獨完成。每個濾格控制柜正面面板下面有一個總的手自動開關(guān),此開關(guān)打在自動檔位即可自動執(zhí)行自動水位調(diào)節(jié)程序。當此開關(guān)打在手動檔位或者出水閥有故障,則不執(zhí)行自動水位調(diào)節(jié)程序。

北濾池水位控制在1.21米到1.22米之間,南濾池水位控制在1.51米到1.52米之間。我們在程序中不僅根據(jù)水位上下限開關(guān)出水閥去調(diào)節(jié)濾格水位,而且加進去了水位變化率來判斷是否開關(guān)出水閥。水位變化率可以為正,也可以為負。變化率為正時,說明水位開始上漲,變化率為負時,說明水位開始下降。舉個例子,當濾格實際水位低于設(shè)定的水位上限時,如果不考慮水位變化率,按照邏輯判斷,這時每隔一個判斷周期應(yīng)該去關(guān)清水閥。這樣就大大縮小了水位的波動空間,使得水位基本上變化不大,水位基本上恒定在設(shè)定的水位上下限之間。同時開關(guān)出水閥的頻率很小,也延長了出水閥的使用壽命。

從這幾年的運行來看,這種控制方式是非常有效果的。我們一開始曾設(shè)想把水位調(diào)節(jié)的控制權(quán)由總站管理,各個子站只是相當于執(zhí)行器。現(xiàn)在看來這種水位調(diào)節(jié)方式有很大局限性,因為當總站PLC出現(xiàn)故障時,就會出現(xiàn)所有的濾格都不能進行水位調(diào)節(jié)的情況。所以水位調(diào)節(jié)交由各個子站自身調(diào)節(jié)而不是由總站進行調(diào)節(jié),當總站PLC出現(xiàn)故障時,各個子站水位調(diào)節(jié)不受總站影響,同時各個子站之間水位調(diào)節(jié)也會不影響,大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

4 反沖泵房

反沖泵房是濾池系統(tǒng)的重要組成部分。本次改造用先進軟啟動器(施耐德)替代原來老的自耦降壓啟動器。反沖機泵控制柜PLC CPU214XP通過擴展模塊EM277作為一個DP從站組態(tài)到整個濾池系統(tǒng)的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中去,同時反沖機泵控制柜PLC CPU214XP通過自身的PORT2通信口與軟啟動器進行通信(MODBUS總線),讀取軟啟動器內(nèi)部參數(shù),控制軟啟動器啟停。可以說反沖機泵控制柜本身組成了一個小的通信網(wǎng)絡(luò)(設(shè)備級),又與其它濾格控制柜、總控柜組成一個大的通信網(wǎng)絡(luò)(車間級)。

反沖機泵控制柜可分成本地控制和遠程控制。當正面面板下面的軟起手自動開關(guān)打在手動位置時,只能在二泵房現(xiàn)場啟停操作反沖機泵。當正面面板下面的軟起手自動開關(guān)打在自動位置時,現(xiàn)場無法啟停操作反沖機泵。這時就可在濾池上遠程控制機泵的啟停。所以說沖洗時手動一般用不到,只是現(xiàn)場檢修時用到。

控制柜的閥門控制電路己經(jīng)做好,由于沒有安裝電動反沖閥門,所以電動反沖閥門暫時不做考慮。

5 濾池反沖洗

沖洗方式：

(1)全手動沖洗。當反沖機泵在手動狀態(tài)時,只能現(xiàn)場手動啟停反沖機泵,手動沖洗濾池濾格,此時為全手動。

(2)半自動沖洗。當反沖機泵在自動狀態(tài)時,此時濾池總控柜開關(guān)在手動位置上,可以通過濾池總控柜面板遠程啟停反沖機泵,濾格沖洗手動沖洗。

(3)全自動沖洗。當反沖機泵在自動狀態(tài)且濾池總控柜開關(guān)在自動位置上,此時為全自動沖洗。

當反沖洗時間到達后,CPU315-2DP(DP主站)通過現(xiàn)場總線(PROFIBUS-DP)網(wǎng)絡(luò)讀取其它從站信號以及數(shù)據(jù)并做相應(yīng)運算后,按照北南濾池沖洗時間先后、從一號到六號濾格順序發(fā)出對應(yīng)沖洗指令。當清水池水位過低時所有濾池不允許沖洗。

當濾格在手動狀態(tài)或者故障狀態(tài)或者在觸摸屏上設(shè)置禁止沖洗狀態(tài)時,此濾格不會反沖洗,并在觸摸屏報警記錄表中查詢到相應(yīng)信息。

(4)觸摸屏監(jiān)控沖洗。分為北濾池一鍵沖洗和南濾池一鍵沖洗。

當反沖機泵在自動狀態(tài)且濾池總控柜開關(guān)在自動位置上,一鍵沖洗起作用,沖洗過程與全自動沖洗過程一樣。

濾池反沖洗參數(shù)表見下頁表。

北濾池反沖洗參數(shù)表

南濾池反沖洗參數(shù)表省略。

6 人機界面（觸摸屏）

一個好的自動化系統(tǒng)必定有一個友好的人機界面。我們精心設(shè)計了一個人機界面,參數(shù)設(shè)置、報警記錄、實時動態(tài)數(shù)據(jù)信號顯示、曲線記錄顯示等等,觸摸屏通過MPI通信線連接至S300 CPU315自帶的MPI通信口,讀取濾池所有信號、數(shù)據(jù)并合理的顯示出來,具體我們編寫了觸摸屏操作說明手冊,操作時可以作為參閱觸摸屏操作說明手冊。

7 故障處理

當濾格出現(xiàn)故障時,該濾格停止自動水位調(diào)節(jié)和反沖洗。必須在排除掉故障根源后,把該濾格手自動開關(guān)來回旋轉(zhuǎn)一下,即從自動打到手動,再到自動即可復(fù)位掉故障記錄,該濾池恢復(fù)正常狀態(tài)。

當反沖機泵出現(xiàn)故障時,需要到現(xiàn)場排除掉故障根源后,按一下故障復(fù)位按鈕即可。

8 其它

東海自來水公司第二水廠濾池系統(tǒng)自動化工程項目從開始到調(diào)試成功歷時大約4個月。從制定方案到制圖設(shè)計,從設(shè)備采購到柜體安裝,從程序設(shè)計到調(diào)試成功,我們都秉承選擇最優(yōu)化的原則,選擇最優(yōu)的方案,選用世界上知名品牌的設(shè)備,我們力求把該項目打造成精品工程。

濾池最終的運行靠各個濾格的閥門。所以說閥門的質(zhì)量好壞決定了這個自動化系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵,同時也要加大對閥門的維護保養(yǎng)。

[1]崔堅等．西門子S7可編程序控制器：STEP7編程指南[M]．北京:機械工業(yè)出版社,2009,12．

[2]劉華波．西門子S7-300/400 PLC 編程與應(yīng)用[M]．北京:機械工業(yè)出版社,2009,10．